氧化铝焙烧炉烟气脱硝技术分析与建议

尹海滨

（江苏科行环保科技有限公司，江苏 盐城 224051）

随着环保要求的不断提高，铝工业大气污染日渐受到人们重视。氢氧化铝焙烧是氧化铝生产工艺中的最后一道工序，由于采用高温焙烧工艺，是铝工业中NOx排放的重点部位。目前，国内氧化铝厂焙烧氧化铝设备的首选是气态悬浮焙烧炉（G.S.C），该焙烧炉是丹麦某公司从新型干法水泥悬浮预热与预分解技术移植而来[1]，相关技术可借鉴焙烧炉烟气脱硝。

1 氧化铝焙烧炉NOx产生机理与排放现状

焙烧的目的是在高温下把氧化铝的附着水和结晶水脱除，从而生成物理化学性质符合电解要求的氧化铝。气态悬浮焙烧炉（G.S.C）喂入的氢氧化铝，经文丘里闪速干燥器、旋风预热器、焙烧炉、热分离器、冷却器等设备实现脱除附着水、结晶水并实现晶型转变。经冷却器预热的燃烧空气在焙烧炉底部同时喷入燃料燃烧，燃烧后焙烧炉内空间温度为1000℃～1100℃，燃烧火焰温度高达1700℃[2]。NOx生成以热力型为主，小部分为燃料型。根据检测情况看，根据窑炉燃烧状态不同，NOx一般排放在300～450mg/Nm3，煤气脱硫后对NOx有减排效果。当前执行的《铝工业污染物排放标准》（GB 25465-2010）（2013修改版），要求颗粒物为10mg/Nm3、SO2为100mg/Nm3、NOx为100mg/Nm3以下，后续可能会采用更严格的标准。

2 可行方案论证

当前较为成熟的NOx控制技术，有低氮燃烧改造、非选择性催化还原脱硝技术（SNCR技术）、中温选择性催化还原脱硝技术（中温SCR技术）、低温选择性催化还原脱硝技术（低温SCR技术）和氧化脱硝技术等。根据烟气的主要组分情况，对各技术的适用性进行分析（见表1）。

表1 烟气主要组分情况

2.1 低氮改造技术

根据NOx生成原理分析，焙烧炉的NOx主要来源于热力型。可从控制生成和降低已生成两方面考虑减排NOx。而控制NOx生成的有效措施为降低火焰高温区和高温温度，需从燃料烧嘴和布置的形式考虑进行改进，如：选择分散性更好的烧嘴，改变当前烧嘴对射式布置为旋切布置等。降低已生成的NOx，需要与燃烧工艺相结合，通过燃料与助燃空气的配置，实现浓淡燃烧与建立还原区。采用空气分级燃烧技术，建立底部还原区与上部燃尽区，实现NOx排放控制。

采用该技术需改造焙烧炉的下部结构，具有一定的NOx减排能力，但由于行业内缺少成熟案例，需在实施中探索。

氧化铝焙烧炉环保治理工艺流程如下图。

氧化铝焙烧炉环保治理工艺流程图

2.2 SNCR脱硝技术

SNCR脱硝技术是在火电、水泥、陶瓷等行业普遍应用的技术。焙烧炉出口和热分离器中具有合适的温度区间（见表2）及足够的反应时间和良好的混合效果，完全满足SNCR使用条件需求。根据类似工况结构的脱硝能力分析，焙烧炉SNCR具有60%及以上的脱硝效率。焙烧炉烟气中主要成分为氢氧化铝和氧化铝，与所使用的还原剂（氨水或尿素溶液）均不会直接发生反应，不会对产品产生影响。

表2 焙烧炉运行温度参数表

SNCR技术可适用于焙烧炉，在NOx环保要求不高（60%脱硝效率），是可选择的低投资成本方案。

2.3 中温SCR脱硝技术

中温SCR脱硝技术是国内脱硝领域可稳定实现超低排放的主要技术（排放＜50mg/Nm3），当烟气在300℃～400℃，在有催化剂存在的条件下，还原剂与NOx充分反应，可实现高效脱硝。从焙烧炉系统工艺中，可看出旋风预热器P02出口后烟气温度稳定在320℃～380℃，具有良好的反应温度窗口；从改造难度上看，P02后烟道至A02为下降烟道，且位于系统塔架外侧，具备连接烟道和设置反应器空间，可实现建设SCR反应器的空间和工艺需求；从脱硝系统运行看，A02前烟气中粉尘（氢氧化铝和氧化铝）含量高达80g/m3，催化剂的堵塞和磨损是最大的技术问题，该工况同水泥中温高尘SCR类似，借鉴相关设计经验，可实现稳定运行。

2.4 低温SCR脱硝技术

低温SCR脱硝技术是相对于中温SCR脱硝技术而言，普遍认为可实现250℃及以下的还原脱硝技术。因该工艺对原有设备改动小、占地面积小、布置在微尘环境等优点而倍受青睐，国内不少研发机构在水泥等行业试验过其性能，未见成熟业绩报道。根据试验情况看，低温催化剂的使用对烟气中的SO3(SO2)浓度较为敏感，且寿命与性能受冷凝水影响较大。从焙烧炉工艺看，最合理的布置为当前引风机前后，该处温度在160℃～180℃，烟气湿度达30%。如需使用低温SCR脱硝技术，必须考虑SO2浓度，必要时实施煤气脱除H2S，将烟气SO2浓度控制到50mg/Nm3内；为保持60%以上的脱硝效率，烟气温度需升至210℃以上，需设置加热（换热）系统。根据初步计算，仅升温系统消耗MW级别电量（以电加热计），运行成本难以承受。

低温SCR在焙烧炉烟气中使用受到一定限制，在当前技术未完全成熟的情况下，不推荐使用。

2.5 氧化法脱硝技术

氧化法脱硝是指采用强氧化剂将烟气中难溶于水的NO氧化为可被中和反应的高价氮，工艺可分为氧化和吸收两个阶段，最终脱硝效率受氧化段效率和吸收段效率影响。氧化脱硝具有不受前段工序影响、控制灵活、改造工作量小等特点，但存在脱硝效率受限和硝酸废水处理等问题，在无后续吸收设备的情况下，还需新建吸收系统。

氧化脱硝技术应用，可与已有或规划建设后续烟气脱硫系统结合，实现NOx改造提效使用，不推荐单独使用，可作为备选方案。

3 结论

（1）烟气脱硝作为大气环保治理中的一个重要环节，需与现有的工艺及规划统筹实施，确定合理的技术路线。

（2）氧化铝焙烧炉减排NOx满足当前《铝工业污染物排放标准》（2013修改单）中排放标准，推荐使用低氮改造+SNCR脱硝技术。

环保标准加严或原始浓度过高的厂家，可考虑选择中温SCR脱硝技术。

（3）对于中温SCR改造困难的生产线，在低温SCR成熟前，可采用氧化法脱硝技术配套湿法脱硫，实现NOx超低排放。

[1] 气体悬浮焙烧炉教材[Z].

[2] 刘家瑞.气体悬浮焙烧炉在氧化铝生产中的应用及改造[Z].1995.